CN101931301A - 整合型高压无刷轴流风扇马达 - Google Patents

Abstract

一种整合型高压无刷轴流风扇马达，是与一个交流电源电连接，该无刷轴流风扇马达包含一个基座、一个设置于该基座上并为三相缠绕的定子单元、一个设于该基座上并受该定子单元的驱动而旋转的转子单元、一个将该交流电源整流成直流电源的整流单元、一个与该整流单元电连接并产生一稳定的工作电压的电源供应单元，及一个与该整流单元及电源供应单元电连接并用于控制该无刷轴流风扇马达的控制单元，进而配合该控制单元以高电压、低电流的方式来驱动该定子单元，进而提升马达整体的运转效率，并使其转速不受电源的频率限制，进而大幅提升轴流风扇的散热效率。

Description

整合型高压无刷轴流风扇马达

技术领域

本发明涉及一种无刷轴流风扇马达，特别是涉及一种整合型高压无刷轴流风扇马达。

背景技术

一般用于散热风扇的交流马达可直接配合一交流电源(例如AC110V或AC220V的市电电源)进行驱动，以借由马达的转动而连动设于其转轴上的扇轮单元来产生气流输出以进行散热，但是，由于此种市电交流电源的频率皆在50～60Hz左右，因此，该交流马达的转速就受到限制(50Hz通常是2800rpm以下)，要再提升的空间相当有限，进而无法轻易借由提高马达转速来进一步增加产生的气流量。

有鉴于此，为了突破交流电源的频率限制，相关业者已陆续开发出利用单相直流无刷马达配合霍尔IC的单相启动方式来取代现有的交流马达，其做法通常是先对一交流电源进行降压、整流及滤波，以产生一适当的直流电压(通常为DC48V)，再配合控制IC来驱动该单相直流无刷马达转动。

但是，单相直流无刷马达由于驱动线圈电流无法持续平稳流动的先天限制，造成输出扭力不连贯，转矩性能低落，噪音振动也随的增加。

另外，由于马达的功率＝电压x电流，因此在同样的马达输出功率条件下，一个较低的电压值就是代表对应的电流值必须相对升高，进而必须使用具有耐高电流特性的电路元件，或是设计额外的高电流保护电路来防止高电流对电路元件或马达造成破坏。但是，此类耐高电流的电路元件不但较难取得，其价格也较为昂贵，因此会提高电路的制造成本，且额外的高电流保护电路同样也会增加整体电路的体积与制造成本。

再者，由于该单相直流无刷马达是在相对高电流的状况下运转，其运转时的温度上升程度相较于低电流的操作方式要高，若在实际使用时无法对该马达进行有效散热，则相当容易产生马达过热的情形。

发明内容

本发明的目的是在提供一种高电压、低电流的三相直流无刷轴流风扇马达驱动方式，以有效降低马达运转时的温度上升程度，且不需使用耐高电流的电路元件以节省驱动电路的制造成本的整合型高压无刷轴流风扇马达。

本发明整合型高压无刷轴流风扇马达，是与一交流电源电连接，该无刷轴流风扇马达包含：一基座、一定子单元、一转子单元、一整流滤波单元、一电源供应单元及一控制单元。

该定子单元具有多个设置于该基座上的极臂，以及分别缠绕于相对应的极臂上的第一线圈、第二线圈、第三线圈，所述极臂的数量为三的倍数，且该第一、二、三线圈是等距间隔地平均分布缠绕于所述极臂上。

该转子单元是设置于该基座上，且受该第一、第二、第三线圈及对应的极臂所驱动而能旋转。

该整流滤波单元具有一与该交流电源电连接的整流器，以及一与该整流器电连接的金属化薄膜电容器，该整流器及金属化薄膜电容器是分别对该交流电源进行整流及滤波，以将该交流电源转换为一直流电源。

该电源供应单元是与该整流滤波单元的金属化薄膜电容器电连接，以将该直流电源转换为一稳定的工作电压并输出。

该控制单元具有一与该定子单元的第一线圈、第二线圈、第三线圈、该电源供应单元，及该整流滤波单元的金属化薄膜电容器电连接的主控晶片，以及三个分别与该主控晶片电连接并侦测该转子单元的相对转动位置的霍尔元件，该主控晶片是利用该电源供应单元的工作电压来作为自身的工作电源，并将该直流电源输送至该第一、第二及第三线圈使其与对应的极臂产生激磁效应，且是与所述霍尔元件相配合地控制该第一、第二、第三线圈的通电状态，以对该转子单元进行三相驱动。

本发明的有益效果在于利用该整流单元直接将该交流电源转换为一个直流电源，以配合该控制单元来将该直流电源输送至该三相直流无刷轴流风扇马达，进而以高电压、低电流的方式来对该三相直流无刷轴流风扇马达进行驱动，以避免耐高电流电路元件的使用，并提升马达整体的运转效率，并使其转速不受电源的频率控制，进而大幅提升轴流风扇的散热效率。

附图说明

图1是一系统方块示意图，说明本发明整合型高压无刷轴流风扇马达的优选实施例与一交流电源间的配置情形；

图2是一立体图，说明该优选实施例的结构；

图3是一结构示意图，说明本发明的一定子单元的结构示意；及

图4是一电路图，说明图1中的细部电路结构。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

参阅图1、2，并配合参阅图3，本发明整合型高压无刷轴流风扇马达的优选实施例，是与一交流电源100电连接，该无刷轴流风扇马达包含：一基座4、一定子单元5、一转子单元6、一整流滤波单元1、一电源供应单元2及一控制单元3。

该定子单元5具有多个间隔设置于该基座4上的极臂51，以及分别依序缠绕于相对应的极臂51上的第一线圈52、第二线圈53及第三线圈54，其中，所述极臂51的数量为三的倍数，且该第一、二、三线圈52、53、54是等距间隔地平均分布缠绕于所述极臂51上。在本实施例中，是采用具有九支极臂51的配置方式，也就是说，该第一线圈52会缠绕于第一、四、七支极臂51上，该第二线圈53是缠绕于第二、五、八支极臂51上，而该第三线圈54则是缠绕于三、六、九支极臂51上的三相缠绕方式。值得注意的是，本实施例只是以九支极臂51的配置形式来举例说明，但是也可以采用其它极臂51数量的配置方式(例如6支或12支)，只要极臂51的数量为三或三的倍数以配合三相缠绕的实施就可以，在此并不加以设限。

该转子单元6具有一可枢转地设置于该基座4上的转轴61、一设置于该转轴61上的轮毂62，以及一固设于该轮毂62上，且是被该第一、第二、第三线圈52、53、54及对应的极臂51所配合产生的激磁效应而驱动旋转，进而连动该轮毂62及转轴61一并转动的磁铁环63。

回顾图2、3，并配合参阅图4，该整流滤波单元1是与该交流电源100电连接，并将该交流电源100转换为一直流电源。在本实施例中，该交流电源100为一个50Hz、AC220V的市电交流电源，而该整流滤波单元1具有一与该交流电源100电连接的整流器11，以及一与该整流器11电连接的金属化薄膜电容器12，该整流器11及金属化薄膜电容器12是分别对该交流电源进行整流及滤波，以将该交流电源100转换为一稳定的直流电源。在本实施例中，该整流器11为一桥式整流器(BridgeRectifier)，以直接将该50Hz、AC220V的交流电源100转换为约DC310V的直流电源。而上述电压换算的基础为：由于一般市电交流电源100通常是呈正弦波形式，且所谓AC220V其所指的是平均电压值(RMS value)，而其对应的峰值(peak value)就是以平均电压值乘以2的平方根(

)来计算，也就是约为310V。至于桥式整流器的细部电路结构及工作原理，应为所属技术领域中具有通常知识者所熟悉的技术，在此就不加以赘述。

该电源供应单元2是与该整流滤波单元1的金属化薄膜电容器12电连接，以将该直流电源转换为一稳定且相对较低的工作电压并输出，在本实施例中，该电源供应单元2为一切换式电源供应器(switching powersupply)。借此切换式的电源设计，相较于以往线性式的电源设计，还可确保其所供予后级电路的工作电压能够更为稳定，而此类切换式电源供应器应属于电力电子(power electronics)领域中具有通常知识者所熟悉的电路结构，在此就不对其细部电路组成及工作原理进行赘述。

该控制单元3具有一与该定子单元5的第一线圈52、第二线圈53、第三线圈54、该电源供应单元2，及该整流滤波单元1的金属化薄膜电容器12电连接的主控晶片31，以及三个分别与该主控晶片31电连接，并借由该转子单元6的磁铁环63来侦测该转子单元6整体的相对转动位置的霍尔元件32，该主控晶片31是具有内建脉波宽度调变(Pulse-WidthModulation，PWM)功能的马达控制IC，且是利用该电源供应单元2的工作电压来作为自身的工作电源，并将该直流电源输送至该第一、第二及第三线圈52、53、54使其与对应的极臂51产生激磁效应，且是与所述霍尔元件32相配合地控制该第一、第二、第三线圈52、53、54的通电状态，以对该转子单元6进行三相驱动，而该霍尔元件32就是现有的利用霍尔效应而侦测磁场变动的霍尔效应侦测器(Hall-effect sensor)。

另外要注意的是，该控制单元3还具有一与该主控晶片31电连接的可变电阻式热敏电阻回路33及一转向控制器34，该热敏电阻回路33是用于侦测环境周遭的温度，以与该主控晶片33相配合地依据环境周遭的温度而控制该转子单元6的转速，而该转向控制器34则为一切换开关，可供使用者借由切换其开关状态来决定该转子单元6的正转或反转。另外，该控制单元3还可提供转速侦测的功能，只需在图4中所标示的A点上外接一转速侦测器(图未示)就可以。

借由上述设计，本发明整合型高压无刷轴流风扇马达，具有下列优点：

1.整体电路精简且制造成本低：

本发明借由该交流电源100提供电源，并在不降压的情况下直接利用该整流滤波单元1将该交流电源100转换为一个与其电压峰值相当的直流电源，进而是以一个高电压、低电流的三相运转方式，因此，在相同的输出功率条件下，本发明的整体驱动电路不需使用到耐高电流的电路元件就可制作，因此在电路元件的选择弹性上相对较大，有助于降低整体电路的制造成本。

再者，使用此种高电压、低电流的马达驱动方式也可省去额外的高电流保护电路，进而使整体电路的体积能够更为精简。

2.运转效率高：

相较于现有的单相直流无刷马达只能达到35％的运转效率，本发明利用三相驱动架构的马达可将运转效率提升至约75％，耗电量也只有现有单相无刷直流马达的一半，此外，在马达的操作电流相对较小的情况下，其在运转时的温度也相对较低，能有效降低马达的线圈因电流过高而损坏的机率，有助于延长马达的使用寿命，并达到节能减碳的效果。

3.马达转速可突破频率的限制，大幅提高风量与静压：

相较于现有交流马达的转速受限于供电源的频率，本发明的三相直流架构的马达可轻易达到4000RPM以上，以借此提升轴流风扇所能够产生的风量与静压，进而有助于提升风扇整体的散热效能。

归纳上述，本发明整合型高压无刷轴流风扇马达，利用该整流滤波单元1直接将该交流电源100整流成一直流电源，再配合该控制单元3进行高电压、低电流的三相驱动，进而不需使用到能够耐高电流的电路元件，进而能够有效降低整体电路制造成本，并具有马达的耗损率低、马达运转温升低，以及运转效率高等优点，并可成功突破电源频率对于马达转速的限制。

Claims (3)

1.一种整合型高压无刷轴流风扇马达，是与一交流电源电连接，其特征在于：所述无刷轴流风扇马达包含：

一个基座；

一个定子单元，具有多个设置于所述基座上的极臂，以及分别缠绕于相对应的极臂上的第一线圈、第二线圈、第三线圈，所述极臂的数量为三的倍数，且所述第一、二、三线圈是等距间隔地平均分布缠绕于所述极臂上；

一个转子单元，设置于所述基座上，且受所述第一、第二、第三线圈及相对应的极臂所驱动而能旋转；

一个整流滤波单元，具有一个与所述交流电源电连接的整流器，以及一个与所述整流器电连接的金属化薄膜电容器，所述整流器及所述金属化薄膜电容器是分别对所述交流电源进行整流及滤波，以使所述交流电源转换为一直流电源；

一个电源供应单元，是与所述整流滤波单元的金属化薄膜电容器电连接，以使所述直流电源转换为一稳定的工作电压并输出；及

一个控制单元，具有一个与所述定子单元的第一线圈、第二线圈、第三线圈、所述电源供应单元及所述整流滤波单元的金属化薄膜电容器电连接的主控晶片，以及三个分别与所述主控晶片电连接并侦测所述转子单元的相对转动位置的霍尔元件，所述主控晶片是利用所述电源供应单元的工作电压来作为自身的工作电源，并将所述直流电源输送至所述第一、第二及第三线圈使其与对应的极臂产生激磁效应，且是与所述霍尔元件相配合地控制所述第一、第二、第三线圈的通电状态，以对所述转子单元进行三相驱动。

2.根据权利要求1所述的整合型高压无刷轴流风扇马达，其特征在于：所述控制单元还具有一个与所述主控晶片电连接的热敏电阻回路，以与所述转子单元相配合地依据环境周遭的温度而控制所述转子单元的转速。

3.根据权利要求2所述的整合型高压无刷轴流风扇马达，其特征在于：所述控制单元还具有一个与所述主控晶片电连接的转向控制器，以与所述主控晶片相配合地控制所述转子单元的转动方向。

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